分层递变梯度蜂窝材料的面内冲击性能.pdf

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分层递变梯度蜂窝材料的面内冲击性能。爆炸与冲击刘颖,何章权,吴鹤翔,张新春扑隳P多孔材料由于具有微结构弹塑性屈曲和脆性断裂为特征的平台变形特性,因而成为一种理想的吸能材料,近年来广泛应用于能量吸收器的设计中≈5切枰V赋龅氖牵诔寤髟睾勺饔孟拢嗫撞牧的动力响应往往伴随着一个很大的初始应力峰值,这对多孔材料的能量吸收是不利的。因此,降低初始应力峰值,提高和控制平台区能量吸收能力在多孔材料能量的设计中十分重要。作为一种简单的能量吸收结构,¨、甂等对圆环蜂窝材料的变形特征进行了大量研究,结果表明,圆环的几何尺寸诤窈桶刖对其响应具有决定性的作用。对于相同的壁厚,小的圆环半径对应着更高的平台应力,但是初始应力峰值也大幅增加,而应力平台长度则减小。虽然增大圆环半径可以降低初始应力峰值并延长平台长度,但平台应力值也会降低。因此在使用均匀蜂窝材料时,很难实现多目标优化。目前,基于梯度材料的概念,在多孔材料静力学性能控制方面进行了一些尝试以提高其能量吸收率⒌阅A亢颓慷瘸啊⒍狭亚慷萴龋ǘ于其动力学性能控制的研究还没有充分展开。本文中,借鉴功能梯度材料的概念,建立分层递变梯度多孔圆环蜂窝模型,。通过改变胞元半径,使承载能力变成一个可控的空间变量而不再是一个恒定值,为实现蜂窝材料的多目标优化设计提供可能。通过数值计算讨论在不同冲击速度下梯度系数和圆环排布方式对蜂窝材料冲击动力学响应特性的影响。计算结果表明,通过适当选取梯度系数和排布方式,可以有效控制能量吸收过程,并降低初始应力峰值。图隽朔植愕荼涮荻确湮巡牧系慕峁故疽馔肌7湮巡牧戏治部分,每一部分被壁厚相同但半径不同的圆环按正方形蛄咝排布填充。圆环之间通过接触点连接。不同层圆环半径由线性函数控制,即式中:痠为梯度系数,奘遣煌植阒械层圆环中心喽猿寤鞫说奈恢距冲击端第阍不分行第卷第本┙煌ù笱聊窘ㄖこ萄г毫ρ担本变胞元的半径来改变蜂窝材料的面内特征参数,以实现蜂窝材料面内动力响应特性的多目标优化设计。计算结果表明,此模型可以在减小初始峰值应力水平的前提下,同时实现材料能量吸收过程的控制,并可以有效控制进入被保护结构的应力水平。此模型可为蜂窝材料冲击动力学性能的多目标优化设计提供理论指导和设计思路。关键词:固体力学;面内冲击;;功能分层梯度蜂窝材料;平台应力/作者简介:刘颖,女,博士,副教授。年文章编号:—摘要:提出了一种分层递变梯度蜂窝材料模型,以期控制蜂窝材料的能量动态吸收性能。此模型通过改中图分类号:国标学科代码:文献标志码:收藕日期:——;修回日期:——基金项目:国家自然科学基金项目琋
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戚燃骸薄籮’。缨广盘海甃.×,.,甅瑉,.煌<扑阒性不泛穸萾.’一包一兀;一/尸!玦计算中不同层圆环的数目为:/乩×琇×耄甅×咒,.,行舶×,瑂一×U叫百木嗬耄琇鞘约某跏汲ざ龋琑。是靠近冲击端第阍不返陌刖叮琑为当前层圆环的半径。当口时,不同层圆环半径逐渐减小;而当口时,不同层圆环半径逐渐增加图L荻认凳木灾翟酱螅环半径变化越剧烈贾蠷。、和7别表示不同部分圆环的半径5比唬可以通过改变圆环壁厚来控制蜂窝材料的面内性能。需要指出的是,材料分成几层,每层圆环数量多少都不是绝对的,可以根据实际使用要求进行设计。为了讨论梯度系数的变化对响